JP6475047B2 - 電動機付自転車 - Google Patents

Description

本発明は、車輪を駆動する駆動力を発生するモータを備えた電動機付自転車に関する。

所謂電動アシスト自転車等の電動機付自転車において、ハンドルの舵角を検出し、検出した舵角に基づいてモータによる補助駆動力を制御する技術が知られている。

特許文献１には、ハンドルの舵角を検出する舵角センサと、舵角センサの出力舵角が増大したときにバッテリ電源から電動モータに供給される電力を抑制し、補助動力を制限する制御ユニットとを備えた電動自転車が記載されている。

特開平９−９５２８７号公報

電動機付自転車においては、モータを発電機として動作させ、走行時における運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回生電流として回収することにより制動力を得る回生ブレーキシステムを搭載したものが知られている。

コーナーを曲がるときや方向転換をするときなどのハンドルに舵角がついているときに、回生制動による制動力が発生すると、ハンドルの軸まわりにモーメントが発生し、車両のバランスが崩れたり、スリップを誘発したりするおそれがある。このような事象は、モータによって前輪を駆動するとともに回生制動による制動力が前輪に作用する前輪駆動タイプの電動機付自転車においてより顕著となる。

本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、モータから電力を回収する回生動作時における車両の不安定性を抑制することができる電動機付自転車を提供することを目的とする。

本発明に係る電動機付自転車は、車輪を駆動する駆動力を発生させるモータと、ハンドルの舵角を検出する検出手段と、前記モータから回生電流を回収する回生手段と、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が所定値θｉ以上である場合における前記回生電流の電流値が、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定値θｉよりも小さい場合における前記回生電流の電流値よりも小さくなるように前記回生電流の電流値を制御する制御手段と、を含む。前記制御手段は、前記モータの回転数に応じて変化する前記回生電流の最大値Ｉ _ｍａｘ と、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角に対応した係数αとの積を、前記回生電流の電流値として導出する。

前記制御手段は、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定値θ_ｉを含む所定範囲にある場合に、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が大きくなるに従って、前記回生電流の電流値が連続的または段階的に小さくなるように前記回生電流の電流値を制御してもよい。

前記制御手段は、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定範囲における最大値よりも大きい場合に、前記回生電流の電流値がゼロとなるように前記回生電流の電流値を制御してもよい。

前記制御手段は、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定範囲における最小値よりも小さい場合に、前記回生電流の電流値が最大となるように前記回生電流の電流値を制御してもよい。

前記制御手段は、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が所定範囲にある場合に、前記回生電流の電流値がゼロよりも大きい値となるように前記回生電流の電流値を制御し、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定値θ_ｉに一致する前記所定範囲における最大値よりも大きい場合に、前記回生電流の電流値がゼロとなるように前記回生電流の電流値を制御してもよい。

前記制御手段は、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が所定範囲にある場合に、前記回生電流の電流値がゼロよりも大きい値となるように前記回生電流の電流値を制御し、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定値θ_ｉに一致する前記所定範囲における最大値よりも大きい場合に、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が大きくなるに従って前記回生電流の電流値が小さくなるように前記回生電流の電流値を制御してもよい。

前記制御手段は、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が所定範囲にある場合に、前記回生電流の電流値が最大値よりも小さい値となるように前記回生電流の電流値を制御し、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定値θ_ｉに一致する前記所定範囲における最小値よりも小さい場合に、前記回生電流の電流値が最大となるように前記回生電流の電流値を制御してもよい。

前記制御手段は、車両の走行速度が所定値Ｖ以下である場合に前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角に応じた前記回生電流の電流値の制御を行ってもよい。

本発明に係る電動機付自転車において、前記モータは前輪を駆動するように構成されていてもよい。

本発明によれば、モータから電力を回収する回生動作時における車両の不安定性を抑制することができる電動機付自転車が提供される。

本発明の実施形態に係る電動機付自転車の側面図である。 本発明の実施形態に係る電動機付自転車のハンドル付近の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る電動機付自転車の電気系統の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るバッテリ、モータ駆動回路およびモータの接続関係を詳細に示す図である。 本発明の実施形態に係る演算処理装置の機能的な構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る回生モード時にモータ駆動回路において行われるＰＷＭ制御におけるローサイド側のトランジスタのオンデューティと、回生電流との関係の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係るハンドルの舵角θと係数αとの対応関係を示すデータＤ_３の内容の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る演算処理装置によって実行される回生電流制御プログラムにおける処理の流れを示すフローチャートである。 図９（ａ）〜図９（ｃ）は、本発明の実施形態に係るハンドルの舵角θと係数αとの関係を示すデータＤ_３の内容の変形例を示す図である。 図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、本発明の実施形態に係るハンドルの舵角θと係数αとの関係を示すデータＤ_３の内容の変形例を示す図である。 本発明の実施形態に係る演算処理装置によって実行される回生電流制御プログラムにおける処理の流れを示すフローチャートである。

以下、開示の技術の実施形態の一例を図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与している。

図１は、本発明の実施形態に係る電動機付自転車１の側面図である。電動機付自転車１は、フロントフォーク１１、ヘッドパイプ１２、ダウンチューブ１３、シートチューブ１４、シートステー１５、チェーンステー１６からなるフレームを有している。前輪１７はフロントフォーク１１に回動自在に取り付けられ、後輪１８はシートステー１５とチェーンステー１６との交点である回転軸１９に回動自在に取り付けられている。ヘッドパイプ１２には、ハンドルステム２０が回動自在に挿通され、ハンドルステム２０の上端にはハンドル２１が取り付けられている。一方、シートチューブ１４には、シートポスト２２が嵌合されており、シートポスト２２の上端にはサドル２３が取り付けられている。チェーンステー１６の一端にクランク軸２４が支持されており、クランク軸２４には、クランク２５が取り付けられている。クランク２５の先端には、ペダル２６が回動自在に支持されている。

モータ１６０は、前輪１７の回転軸２９に装着され、前輪１７を駆動する補助駆動力を発生させる。すなわち、モータ１６０は、前輪のハブに搭載されたハブマウント型である。モータ１６０の回転は、減速機構（図示せず）によって減速され、前輪１７に伝達されるように構成されている。モータ１６０は、例えばブラシレスＤＣモータによって構成することができる。

モータ１６０を駆動するための電力は、シートチューブ１４に沿って着脱可能に設けられたバッテリ１１０から供給される。バッテリ１１０は、例えばリチウムイオン二次電池により構成され、充電を行うことによって繰り返し使用することが可能となっている。なお、バッテリ１１０の取り付け位置は、シートチューブ以外の他の部位であってもよい。例えば、バッテリ１１０は、ダウンチューブ１３に取り付けられていてもよい。

ヘッドパイプ１２とハンドルステム２０との連結部分には、ハンドル２１の舵角θを検出する舵角センサ２３０が設けられている。舵角センサ２３０は、ロータリーエンコーダやポテンショメータ等を用いた公知の回転角度検出手段を用いて構成することができる。

図２は、電動機付自転車１のハンドル２１付近の構成を示す図である。ハンドル２１の左右のグリップ５１の近傍には、リムブレーキやハブブレーキ等の機械式のブレーキ機構を有する前輪ブレーキおよび後輪ブレーキ（いずれも図示せず）を作動させるためのブレーキレバー６１と、左右のブレーキレバー６１の各々に対応して設けられ、対応するブレーキレバー６１が操作されたことを検出するブレーキセンサ２２０が設けられている。

図３は、本発明の実施形態に係る電動機付自転車１の電気系統の構成を示すブロック図である。トルクセンサ２００は、ペダル２６に加えられた踏力による入力トルクの大きさを検出し、検出した入力トルクの大きさを示すトルク検出信号Ｓ_Ｔを出力する。トルクセンサ２００から出力されたトルク検出信号Ｓ_Ｔは、演算処理装置１００に供給される。トルクセンサ２００は、例えば、磁歪効果を利用した公知のトルクセンサを用いることが可能である。

回転数センサ２１０は、モータ１６０の回転数を検出し、検出した回転数を示す回転数検出信号Ｓ_Ｖを出力する。回転数センサ２１０から出力された回転数検出信号Ｓ_Ｖは、演算処理装置１００に供給される。演算処理装置１００は、回転数検出信号Ｓ_Ｖからモータ１６０の回転数のみならず、電動機付自転車１の走行速度を認識することが可能である。回転数センサ２１０は、例えば、モータ１６０を構成するロータの角度位置を検出するホール素子によって構成することができる。

ブレーキセンサ２２０は、対応するブレーキレバー６１（図２参照）が操作されたことを検出すると、ブレーキ操作検出信号Ｓ_Ｂを出力する。ブレーキセンサ２２０から出力されたブレーキ操作検出信号Ｓ_Ｂは、演算処理装置１００に供給される。

舵角センサ２３０は、ハンドル２１の舵角θを検出し、検出した舵角θの大きさを示す舵角検出信号Ｓ_θを出力する。舵角センサ２３０は、例えば、直進時におけるハンドル２１の舵角を０°として検出し、ハンドル２１が舵角０°の状態から右方向または左方向に回転した場合に０よりも大きい値を舵角検出信号Ｓ_θとして出力する。舵角センサ２３０から出力された舵角検出信号Ｓ_θは、演算処理装置１００に供給される。

演算処理装置１００は、例えば、単一の半導体チップにＣＰＵ（演算処理装置）、メモリ、入出力回路、タイマー回路などを含むコンピュータシステムを集積したＬＳＩ（Large Scale Integration）を含んで構成されている。

演算処理装置１００は、バッテリ１１０から電力を取り出してこれをモータ１６０に供給してモータ１６０を駆動することにより補助駆動力を得る力行モードと、モータ１６０の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する回生モードとの切り替えを制御する。演算処理装置１００は、例えば、少なくとも１つのブレーキセンサ２２０からブレーキ操作検出信号Ｓ_Ｂが出力された場合、すなわち、左右のブレーキレバー６１の少なくとも一方が操作された場合に回生モードに移行する。

電動機付自転車１は、回生モード時において、モータ１６０から回生電流を回収することでモータ１６０を減速させて制動力を発生させる。すなわち、電動機付自転車１は、走行中に左右のブレーキレバー６１の少なくとも一方が操作されると回生モードに移行し、当該ブレーキレバーの操作に連動して作動する機械式の前輪ブレーキおよび／または後輪ブレーキ（図示せず）による制動力に加えて、回生制動による制動力によって減速する。モータ１６０から回収された回生電流は、バッテリ１１０に供給され、これによってバッテリ１１０の充電が行われるようになっている（回生充電）。なお、回生電流をバッテリ１１０に供給することなく抵抗素子等に流すことによりモータ１６０の運動エネルギーを熱エネルギーとして消費してもよい。

演算処理装置１００は、力行モード時には、トルクセンサ２００から出力されるトルク検出信号Ｓ_Ｔおよび回転数センサ２１０から出力される回転数検出信号Ｓ_Ｖに基づいて、モータ駆動指令値Ｃ_１を生成する。一方、演算処理装置１００は、回生モード時には、舵角センサ２３０から供給される舵角検出信号Ｓ_θおよび回転数センサ２１０から出力される回転数検出信号Ｓ_Ｖに基づいて、回生電流指令値Ｃ_２を生成する。演算処理装置１００は、モータ駆動指令値Ｃ_１または回生電流指令値Ｃ_２をモータ駆動回路１２０に供給する。

モータ駆動回路１２０は、力行モード時においては、演算処理装置１００から供給されるモータ駆動指令値Ｃ_１によって示されるトルク目標値に対応した駆動電力をバッテリ１１０から取り出してモータ１６０に供給する。一方、モータ駆動回路１２０は、回生モード時においては、演算処理装置１００から供給される回生電流指令値Ｃ_２によって示される大きさの回生電流をモータ１６０から回収し、回収した回生電流によってバッテリ１１０を充電する。

図４は、バッテリ１１０、モータ駆動回路１２０およびモータ１６０の接続関係を詳細に示す図である。モータ駆動回路１２０は、トランジスタＴ１〜Ｔ６を含むインバータ回路１２１と、インバータ回路１２１に接続されたトランジスタＴ７と、トランジスタＴ１〜Ｔ７を個別にオンオフするためのゲート信号を生成するインバータ制御回路１２２と、を含んでいる。

各トランジスタＴ１〜Ｔ６は、ドレイン側にカソードが接続され、ソース側にアノードが接続されたダイオードを有するｎチャネルＭＯＳＦＥＴによって構成されている。トランジスタＴ１〜Ｔ６は、オフ状態においてもダイオードを介して逆方向に電流を流すことが可能である。トランジスタＴ７は、ドレイン側にアノードが接続され、ソース側にカソードが接続されたダイオードを有するｐチャネルＭＯＳＦＥＴによって構成されている。トランジスタＴ７は、オフ状態においても、ダイオードを介して逆方向に電流を流すことが可能である。

モータ１６０は、インナーロータ型のブラシレスＤＣモータであり、永久磁石を含むロータと、モータ巻線Ｌを有するステータと、ロータの回転位置を検出するための３つのホール素子Ｈと、を含んでいる。なお、本実施形態において、ホール素子Ｈはモータ１６０の回転数を検出する回転数センサ２１０を兼ねている。

バッテリ１１０の正極側（ハイサイド側）に接続されたトランジスタＴ１、Ｔ３、Ｔ５と、バッテリ１１０の負極側（ローサイド側）に接続されたトランジスタＴ２、Ｔ４、Ｔ６との各接続点ｕ、ｖ、ｗは、モータ１６０を構成する３つのモータ巻線Ｌにそれぞれ接続されている。

インバータ制御回路１２２は、力行モード時には３つのホール素子Ｈからそれぞれ出力される検知信号によってロータの角度位置を検出し、検出したロータの角度位置に応じてトランジスタＴ１〜Ｔ６を一定の順序でオンさせる。これにより、モータ巻線Ｌに流れる電流の向きが順次切り替わりロータが回転する。インバータ制御回路１２２は、力行モード時においては、演算処理装置１００から供給されるモータ駆動指令値Ｃ_１によって示されるトルク目標値が得られるようにトランジスタＴ１〜Ｔ６のオンデューティを調整する。また、インバータ制御回路１２２は、力行モード時にはトランジスタＴ７をオフさせることによりモータ１６０からバッテリ１１０に向かう方向の電流を遮断する。バッテリ１１０からモータ１６０に向かう方向の電流はトランジスタＴ７に付随するダイオードを介して流れる。

一方、インバータ制御回路１２２は、回生モード時にはハイサイド側のトランジスタＴ１、Ｔ３およびＴ５を全てオフ状態に維持しつつローサイド側のトランジスタＴ２、Ｔ４およびＴ６を互いに同一のタイミングでオンオフするようにＰＷＭ制御し、且つトランジスタＴ７をオンさせる。上記ＰＷＭ制御において、ローサイド側のトランジスタＴ２、Ｔ４およびＴ６がオン状態とされている期間においてはモータ巻線Ｌに短絡電流が流れてモータ巻線Ｌにエネルギーが蓄えられ、これによってモータ１６０が減速して回生制動による制動力が発生する。その後、ローサイド側のトランジスタＴ２、Ｔ４およびＴ６がオフ状態とされるとモータ巻線Ｌに電圧が誘起される。かかる誘起電圧がバッテリ電圧を超えると、各トランジスタに付随するダイオードおよびトランジスタＴ７を介してバッテリ１１０に向けて回生電流が流れ、モータ巻線Ｌに蓄えられたエネルギーが放出されるとともにバッテリ１１０が充電される。

回生制動による制動力は、回生電流の大きさが大きくなる程大きくなる。回生電流の大きさは、上記のＰＷＭ制御におけるローサイド側のトランジスタＴ２、Ｔ４およびＴ６のオンデューティによって制御される。インバータ制御回路１２２は、回生モード時においては、演算処理装置１００から供給される回生電流指令値Ｃ_２によって示される電流値の回生電流が得られるようにローサイド側のトランジスタＴ２、Ｔ４およびＴ６のオンデューティを調整する。

図５は、演算処理装置１００の機能的な構成を示す機能ブロック図である。演算処理装置１００は、記憶部１０１、駆動指令値導出部１０２、最大値導出部１０３、係数導出部１０４、回生電流指令値導出部１０５および選択部１０６を機能ブロックとして含んでいる。

駆動指令値導出部１０２は、力行モード時において、トルクセンサ２００から出力されるトルク検出信号Ｓ_Ｔおよび回転数センサ２１０から出力される回転数検出信号Ｓ_Ｖに基づいて、走行状況に適したトルク目標値を導出し、導出したトルク目標値をモータ駆動指令値Ｃ_１として選択部１０６に供給する。例えば、モータ１６０の回転数が低く且つ入力トルク（踏力）が大きい場合には、発進直後の状態または上り坂を走行している状態等であると推測されるので、このような場合、駆動指令値導出部１０２は、比較的大きな補助駆動力が得られるように、モータ駆動指令値Ｃ_１を導出する。駆動指令値導出部１０２は、ハンドル２１に取り付けられた図示しないモード選択ボタンに対する入力操作によって選択されたアシストモードに応じたトルク目標値を導出する。本実施形態においては、アシスト比率の大きさが互いに異なる３つのアシストモード（エコ、標準、パワー）が予め定められており、これら３つのアシストモードのいずれかをモード選択ボタンを押下することによって選択することが可能となっている。記憶部１０１には、アシストモード毎に入力トルクおよびモータ１６０の回転数（自車両の走行速度）と、モータ１６０の出力トルクの目標値との対応関係を示したデータＤ_１が記憶されている。駆動指令値導出部１０２は、記憶部１０１に記憶されたデータＤ_１を参照することにより、入力トルクおよび車速に応じたモータ１６０の出力トルクの目標値を導出する。

最大値導出部１０３は、少なくとも１つブレーキセンサ２２０からブレーキ操作検出信号Ｓ_Ｂが出力された場合に（すなわち回生モードに移行した場合に）、モータ１６０から回収可能な、回生電流の最大値Ｉ_ｍａｘを導出する。ここで、モータ１６０から回収可能な回生電流の最大値Ｉ_ｍａｘは、モータ１６０の回転数が高い程大きく、モータ１６０の回転数が低下するにつれて小さくなる。回生制動による制動力が作用している間、モータ１６０の回転数は時間とともに低下していくので、モータ１６０から回収可能な回生電流の最大値Ｉ_ｍａｘも時間とともに低下する。最大値導出部１０３は、回生制動による制動力が作用している期間において、時々刻々と変化する回生電流の最大値Ｉ_ｍａｘを、モータ１６０の回転数変化に追従して導出する。

ここで、図６（ａ）は、回生モード時にモータ駆動回路１２０において行われるＰＷＭ制御におけるローサイド側のトランジスタＴ２、Ｔ４およびＴ６のオンデューティと、回生電流との関係の一例を示す図である。図６（ａ）において、モータ１６０の回転数が比較的高い場合（高速走行時）が実線で示され、モータ１６０の回転数が比較的低い場合（低速走行時）が破線で示され、モータ１６０の回転数が中程度の場合（中速走行時）が一点鎖線で示されている。図６（ａ）に示すように、回生電流は、あるオンデューティでピークを持つ。これは、回生モード時において、ローサイド側のトランジスタＴ２、Ｔ４およびＴ６のオンデューティが小さすぎるとモータ１６０のインダクタ（モータ巻線Ｌ）に蓄えられるエネルギーが小さくなる一方、オンデューティが大きすぎるとモータ１６０のインダクタ（モータ巻線）に蓄えられたエネルギーを放出する時間が不足するためである。また、回生電流の最大値はモータ１６０の回転数が高い程（走行速度が高い程）大きくなる。図６（ａ）においてラインＡは、各回転数における回生電流のピークを結んだ線である。最大値導出部１０３は、回生モード時において、時々刻々と変化するモータ１６０の回転数を回転数センサ２１０から逐次取得し、取得したモータ１６０の回転数においてモータ１６０から回収可能な回生電流の最大値Ｉ_ｍａｘを導出する。

図６（ｂ）は、モータ１６０の回転数とモータ１６０から回収可能な回生電流の最大値Ｉ_ｍａｘとの関係の一例を示す図である。図６（ｂ）に示す特性カーブは、実測またはシミュレーション等によって取得することが可能である。記憶部１０１には、図６（ｂ）に示す特性カーブに相当するデータ、すなわち、モータ１６０の回転数とモータ１６０から回収可能な回生電流の最大値Ｉ_ｍａｘとの関係を示したデータＤ_２が記憶されている。

最大値導出部１０３は、記憶部１０１に記憶されたデータＤ_２を参照することによって、回転数検出信号Ｓ_Ｖによって示されるモータ１６０の回転数に対応する回生電流の最大値Ｉ_ｍａｘを導出する。なお、モータ１６０の回転数とモータ１６０から回収可能な回生電流の最大値Ｉ_ｍａｘとの関係を示す関係式を記憶部１０１に記憶しておくこととしてもよい。この場合、最大値導出部１０３は、回転数センサ２１０から取得したモータ１６０の回転数を上記の関係式に代入することによって回生電流の最大値Ｉ_ｍａｘを導出してもよい。

係数導出部１０４は、少なくとも１つのブレーキセンサ２２０からブレーキ操作検出信号Ｓ_Ｂが出力された場合に（すなわち回生モードに移行した場合に）、舵角センサ２３０から出力された舵角検出信号Ｓ_θに基づいて、係数αを導出する。係数αは、回生電流指令値導出部１０５による回生電流指令値Ｃ_２の導出に利用される数値であり、０≦α≦１の範囲内に設定される。

記憶部１０１には、ハンドル２１の舵角θと係数αとの対応関係を示したデータＤ_３が記憶されている。係数導出部１０４は、記憶部１０１に記憶されたデータＤ_３を参照することによって、舵角検出信号Ｓ_θによって示されるハンドル２１の舵角θに対応する係数αを導出する。データＤ_３の内容については後述する。なお、データＤ_３に代えて、ハンドル２１の舵角θと係数αとの関係を示す関係式を記憶部１０１に記憶しておくこととしてもよい。この場合、係数導出部１０４は、舵角センサ２３０から取得したハンドル２１の舵角θを上記の関係式に代入することによって係数αを導出してもよい。

回生電流指令値導出部１０５は、最大値導出部１０３によって導出された回生電流の最大値Ｉ_ｍａｘと、係数導出部１０４によって導出された係数αと、を乗算することに得られる値を、モータ１６０から回収すべき回生電流の電流値Ｉ（＝α×Ｉ_ｍａｘ）として導出する。回生電流指令値導出部１０５は、このようにして導出された回生電流の電流値Ｉを、回生電流指令値Ｃ_２として選択部１０６に供給する。

選択部１０６は、少なくとも１つのブレーキセンサ２２０からブレーキ操作検出信号Ｓ_Ｂが出力されているものと判定した場合に、回生電流指令値導出部１０５から供給される回生電流指令値Ｃ_２を選択してこれをモータ駆動回路１２０に供給する。一方、選択部１０６は、ブレーキセンサ２２０のいずれからもブレーキ操作検出信号Ｓ_Ｂが出力されていないものと判定した場合に、駆動指令値導出部１０２から供給されるモータ駆動指令値Ｃ_１を選択してこれをモータ駆動回路１２０に供給する。このように選択部１０６がブレーキ操作検出信号Ｓ_Ｂの有無に基づいて（すなわち、ブレーキ操作の有無に基づいて）モータ駆動指令値Ｃ_１および回生電流指令値Ｃ_２のいずれか一方を選択することにより、力行モードと回生モードとの切り替えがなされる。

モータ駆動回路１２０は、選択部１０６からモータ駆動指令値Ｃ_１が供給された場合には、当該モータ駆動指令値Ｃ_１によって示される目標トルクに応じた補助駆動力が得られるようにモータ１６０を駆動する。一方、モータ駆動回路１２０は、選択部１０６から回生電流指令値Ｃ_２が供給された場合には、当該回生電流指令値Ｃ_２によって示される電流値の回生電流をモータ１６０から回収する。

記憶部１０１は、上記したデータＤ_１、Ｄ_２およびＤ_３を記憶した不揮発性の記憶領域である。データＤ_１は、入力トルクおよびモータ１６０の回転数（自車両の走行速度）と、モータ１６０の出力トルクの目標値との対応関係を示したデータであり、力行モード時において駆動指令値導出部１０２によって参照されるデータである。データＤ_２は、モータ１６０の回転数とモータ１６０から回収可能な回生電流の最大値Ｉ_ｍａｘとの対応関係を示したデータであり、回生モード時において最大値導出部１０３によって参照されるデータである。データＤ_３は、ハンドル２１の舵角θと係数αとの対応関係を示したデータであり、回生モード時において係数導出部１０４によって参照されるデータである。

上記したように、回生電流指令値Ｃ_２として出力される、モータ１６０から回収すべき回生電流の電流値Ｉは、モータ１６０から回収可能な回生電流の最大値Ｉ_ｍａｘと係数αとを乗算した値である（Ｉ＝α×Ｉ_ｍａｘ）。換言すれば、係数αは、モータ１６０から回収可能な回生電流の最大値Ｉ_ｍａｘとモータ１６０から回収すべき回生電流の電流値Ｉとの比Ｉ／Ｉ_ｍａｘに相当する（α＝Ｉ／Ｉ_ｍａｘ）。

図７は、記憶部１０１に記憶された、ハンドル２１の舵角θと係数αとの対応関係を示すデータＤ_３の内容の一例を示す図である。図７において、横軸はハンドル２１の舵角θを示し、縦軸は係数αを示す。図７に示す例では、舵角θの範囲が０≦θ＜θ_１である場合の舵角θに対応する係数αの値として“１”が設定されている。係数導出部１０４は、図７に示される内容のデータＤ_３に基づいて、舵角検出信号Ｓ_θによって示されるハンドル２１の舵角θが、０≦θ＜θ_１のとき、係数αの値として１を導出する。この場合、モータ１６０から回収される回生電流の電流値Ｉ（＝α×Ｉ_ｍａｘ）は、モータ１６０から回収可能な最大値Ｉ_ｍａｘに設定され、回生制動による制動力は最大となる。なお、データＤ_３において、０≦θ＜θ_１である場合の舵角θに対応する係数αの値として１よりも小さい値が設定されていてもよい。

また、図７に示す例では、舵角θの範囲がθ_１≦θ≦θ_２である場合に、係数αの値が、舵角θの増大に伴って連続的に小さくなるように設定されている。係数導出部１０４は、図７に示される内容のデータＤ_３に基づいて、舵角検出信号Ｓ_θによって示されるハンドル２１の舵角θが、θ_１≦θ≦θ_２のとき、舵角θが大きくなる程、小さい値の係数αを導出する。この場合、モータ１６０から回収される回生電流の電流値Ｉ（＝α×Ｉ_ｍａｘ）は、ハンドル２１の舵角θが大きくなる程小さくなるように設定される。従って、回生制動による制動力は、ハンドル２１の舵角θが大きくなる程小さくなる。

また、図７に示す例では、舵角θの範囲がθ＞θ_２である場合の舵角θに対応する係数αの値として“０”が設定されている。係数導出部１０４は、図７に示される内容のデータＤ_３に基づいて、舵角検出信号Ｓ_θによって示されるハンドル２１の舵角θが、θ＞θ_２のとき、係数αの値として０を導出する。この場合、モータ１６０から回収される回生電流の電流値Ｉ（＝α×Ｉ_ｍａｘ）は、０に設定され、回生制動による制動力は発生しない。なお、データＤ_３において、θ＞θ_２である場合の舵角θに対応する係数αの値として０よりも大きい値が設定されていてもよい。

図８は、演算処理装置１００によって実行される回生電流制御プログラムにおける処理の流れを示すフローチャートである。この回生電流制御プログラムは、記憶部１０１に記憶されている。

演算処理装置１００は、ステップＳ１において、少なくとも１つのブレーキセンサ２２０からブレーキ操作検出信号Ｓ_Ｂが出力されているか否かを判定することにより、ブレーキ操作が検出されたか否かを判定する。演算処理装置１００は、少なくとも１つのブレーキセンサ２２０からブレーキ操作検出信号Ｓ_Ｂが出力されているものと判定した場合には、モータ１６０の動作モードを、力行モードから回生モードに移行し、処理をステップＳ２に移行する。

演算処理装置１００は、ステップＳ２において、回転数センサ２１０から出力される回転数検出信号Ｓ_Ｖからモータ１６０の回転数を取得する。続いて、演算処理装置１００は、ステップＳ３において、舵角センサ２３０から出力される舵角検出信号Ｓ_θからハンドル２１の舵角θを取得する。

演算処理装置１００は、ステップＳ４において、最大値導出部１０３として機能し、記憶部１０１に記憶された、モータ１６０の回転数とモータ１６０から回収可能な回生電流の最大値Ｉ_ｍａｘとの対応関係を示すデータＤ_２を参照し、データＤ_２に基づいて、ステップＳ２において取得したモータ１６０の回転数に対応する回生電流の最大値Ｉ_ｍａｘを導出する。

演算処理装置１００は、ステップＳ５において、係数導出部１０４として機能し、記憶部１０１に記憶された、ハンドル２１の舵角θと係数αとの対応関係を示すデータＤ_３を参照し、データＤ_３に基づいて、ステップＳ３において取得したハンドル２１の舵角θに対応する係数αを導出する。

演算処理装置１００は、ステップＳ６において、回生電流指令値導出部１０５として機能し、ステップＳ４において導出した回生電流の最大値Ｉ_ｍａｘとステップＳ５において導出した係数αとを乗算し、これによって得た回生電流の電流値Ｉ（＝α×Ｉ_ｍａｘ）を回生電流指令値Ｃ_２として導出する。演算処理装置１００は、導出した回生電流指令値Ｃ_２をモータ駆動回路１２０に供給する。

演算処理装置１００は、ステップＳ７において、少なくとも１つのブレーキセンサ２２０からブレーキ操作検出信号Ｓ_Ｂが出力されているか否かを判定することにより、ブレーキ操作が継続しているか否かを判定する。演算処理装置１００は、ブレーキ操作が継続していると判定した場合には、処理をステップＳ２に戻し、ステップＳ２からステップＳ７までの処理を繰り返し実行する。一方、演算処理装置１００は、ブレーキ操作が継続していないと判定した場合には、処理をステップＳ８に移行する。

演算処理装置１００は、ステップＳ８において回生電流の電流値Ｉを０とするべく回生電流指令値Ｃ_２を生成し、これをモータ駆動回路１２０に供給して本ルーチンを終了させる。回生電流の電流値Ｉが０となることで回生制動による制動力は発生しなくなる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る電動機付自転車１によれば、ハンドル２１の舵角θが大きくなるに従って、モータ１６０から回収される回生電流の電流値Ｉが小さくなるように制御される。より具体的には、ハンドル２１の舵角θが、所定範囲（θ_１≦θ≦θ_２）にある場合には、舵角θが大きくなるに従って、回生電流の電流値Ｉが連続的に小さくなるように制御される。換言すれば、ハンドル２１の舵角θが、所定範囲（θ_１≦θ≦θ_２）にある場合には、舵角θが所定値θ_ｉ以上である場合の回生電流の電流値Ｉが、舵角θが上記所定値θ_ｉよりも小さい場合における回生電流の電流値Ｉよりも小さくなるように回生電流の電流値Ｉが制御される。従って、回生制動による制動力は、舵角θが大きくなるに従って連続的に小さくなる。また、ハンドル２１の舵角θが、所定範囲（θ_１≦θ≦θ_２）における最大値θ_２より大きい場合（θ＞θ_２の場合）には、回生電流の電流値Ｉは０に設定され、回生制動による制動力は発生しなくなる。

本実施形態に係る電動機付自転車１によれば、ハンドル２１の舵角θが大きくなる程、回生制動による制動力は小さくなるので、コーナー走行時や方向転換時に回生モードに移行した場合でも、車両バランスの低下やスリップの誘発を抑制することができる。すなわち、本実施形態に係る電動機付自転車１によれば、回生動作時における車両の不安定性を抑制することが可能となる。

また、本実施形態に係る電動機付自転車１によれば、ハンドル２１の舵角θが、所定範囲（θ_１≦θ≦θ_２）における最小値θ_１より小さい場合（０≦θ＜θ_１の場合）には、回生電流の電流値Ｉは、最大値Ｉ_ｍａｘに設定される。ハンドル２１の舵角θが小さい場合には、回生制動による制動力を最大限に作用させても、車両のバランスが崩れたり、スリップが誘発されるおそれはないものと考えられる。ハンドル２１の舵角θが、０≦θ＜θ_１の場合に回生電流の電流値Ｉを最大値Ｉ_ｍａｘに設定することで、バッテリ１１０の充電を効率的に行うことが可能となる。

図９（ａ）〜図９（ｃ）および図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に記憶部１０１にデータＤ_３として記憶されるハンドル２１の舵角θと係数αとの対応関係の変形例を示す。

図９（ａ）に示す例によれば、ハンドル２１の舵角θが所定範囲（θ_１≦θ≦θ_２）にある場合に、舵角θの増大に伴って係数αの値は、段階的に小さくなる。従って、舵角θの増大に伴って回生電流の電流値Ｉは段階的に小さくなり、回生制動による制動力も段階的に小さくなる。図９（ａ）に示す例において、舵角θが、上記の所定範囲（θ_１≦θ≦θ_２）における最小値θ_１よりも小さい場合（０≦θ＜θ_１の場合）に係数αの値が１に設定され、舵角θが上記の所定範囲（θ_１≦θ≦θ_２）における最大値θ_２よりも大きい場合（θ＞θ_２の場合）に係数αの値が０に設定される点は、図７に例示したものと同様である。

図９（ｂ）に示す例によれば、ハンドル２１の舵角θが所定範囲（θ_１≦θ≦θ_２）にある場合において、係数αの値は、所定の固定値ａ（０＜ａ＜１）に設定される。舵角θが上記の所定範囲（θ_１≦θ≦θ_２）における最小値θ_１よりも小さい場合（０≦θ＜θ_１の場合）に係数αの値が１に設定され、舵角θが上記の所定範囲（θ_１≦θ≦θ_２）における最大値θ_２よりも大きい場合（θ＞θ_２の場合）に係数αの値が０に設定される点は、図７に例示したものと同様である。図９（ｂ）に示す係数αの設定によれば、回生電流の電流値Ｉは、０≦θ＜θ_１の場合に最大値Ｉ_ｍａｘに設定され、θ_１≦θ≦θ_２の場合にａ×Ｉ_ｍａｘに設定され、θ＞θ_２の場合に０に設定される。回生制動による制動力は、回生電流の大きさに応じた大きさとなる。

図９（ｃ）に示す例によれば、ハンドル２１の舵角θが所定範囲（θ_１≦θ≦θ_２）にある場合において、係数αの値は、所定の固定値ａ（０＜ａ＜１）に設定される。また、舵角θが上記の所定範囲（θ_１≦θ≦θ_２）における最小値θ_１よりも小さい場合（０≦θ＜θ_１の場合）に係数αの値が１に設定される。また、舵角θが上記の所定範囲（θ_１≦θ≦θ_２）における最大値θ_２よりも大きい場合（θ＞θ_２の場合）に、舵角θの増大に伴って係数αの値は、連続的に小さくなり、舵角θが最大値θ_ｍａｘとなる場合に係数αの値は０となる。図９（ｃ）に示す係数αの設定によれば、回生電流の電流値Ｉは、０≦θ＜θ_１の場合に最大値Ｉ_ｍａｘに設定され、θ_１≦θ≦θ_２の場合にａ×Ｉ_ｍａｘに設定され、θ＞θ_２の場合に舵角θの増大に伴って連続的に小さくなる。回生制動による制動力は、回生電流の大きさに応じた大きさとなる。なお、舵角θが上記の所定範囲（θ_１≦θ≦θ_２）における最大値θ_２よりも大きい場合（θ＞θ_２の場合）に、舵角θの増大に伴って係数αの値を、段階的に小さくし、舵角θが最大値θ_ｍａｘとなる場合に係数αの値を０としてもよい。この場合、回生電流の電流値Ｉは、θ＞θ_２の場合に舵角θの増大に伴って段階的に小さくなる。

図１０（ａ）に示す例によれば、ハンドル２１の舵角θが０≦θ＜θ_１の範囲にある場合に係数αの値は１に設定される。また、舵角θがθ_１≦θ≦θ_ｍａｘの範囲にある場合に舵角θの増大に伴って係数αの値は、連続的に小さくなり、舵角θが最大値θ_ｍａｘとなる場合に係数αの値は０となる。図１０（ａ）に示す係数αの設定によれば、回生電流の電流値Ｉは、０≦θ＜θ_１の場合に最大値Ｉ_ｍａｘに設定され、θ_１≦θ≦θ_ｍａｘの場合に舵角θの増大に伴って連続的に小さくなる。回生制動による制動力は、回生電流の大きさに応じた大きさとなる。

図１０（ｂ）に示す例によれば、ハンドルの舵角θが０°のとき係数αの値は１に設定され、舵角θの増大に伴って係数αの値は連続的に小さくなり、舵角θが最大値θ_ｍａｘのとき係数αの値は０となる。図１０（ｂ）に示す係数αの設定によれば、回生電流の電流値Ｉは、舵角θが０°のとき最大値Ｉ_ｍａｘに設定され、舵角θの増大に伴って連続的に小さくなり、舵角θがθ_ｍａｘのとき０となる。回生制動による制動力は、回生電流の大きさに応じた大きさとなる。

図１０（ｃ）に示す例によれば、ハンドルの舵角θが０°のとき係数αの値は１に設定され、舵角θの増大に伴って係数αの値は段階的に小さくなり、舵角θが最大値θ_ｍａｘのとき係数αの値は０となる。図１０（ｂ）に示す係数αの設定によれば、回生電流の電流値Ｉは、舵角θが０°のとき最大値Ｉ_ｍａｘに設定され、舵角θの増大に伴って段階的に小さくなり、舵角θがθ_ｍａｘのとき０となる。回生制動による制動力は、回生電流の大きさに応じた大きさとなる。

なお、上記の実施形態では、少なくとも１つのブレーキセンサ２２０からブレーキ操作検出信号Ｓ_Ｂが出力された場合、すなわち、左右のブレーキレバー６１の少なくとも一方に対する操作を検出した場合に回生モードに移行する場合を例示したが、回生モードへの移行条件は、これに限定されるものではない。例えば、演算処理装置１００は、図８に示すフローチャートのステップＳ１において、トルク検出信号Ｓ_Ｔの信号値が０であり（すなわち、入力トルクなし）且つ回転数検出信号Ｓ_Ｖの信号値が増加している場合に回生モードへの移行条件が満たされたものとして判定してもよい。これは、下り坂走行中に回生モードに移行することを想定したものである。他の例として、演算処理装置１００は、図８に示すフローチャートのステップＳ１において、トルク検出信号Ｓ_Ｔの信号値が０であり（すなわち、入力トルクなし）且つ回転数検出信号Ｓ_Ｖの信号値が所定値よりも大きい場合に回生モードへの移行条件が満たされたものとして判定してもよい。これは、惰性走行中に回生モードに移行することを想定したものである。

また、電動機付自転車１の走行速度が所定値Ｖ以下の場合にのみ上記したハンドル２１の舵角θに応じた回生電流の電流値制御を行ってもよい。電動機付自転車１の走行速度が上記の所定値Ｖよりも大きい場合には、ハンドル２１の舵角θにかかわらず、回生電流の電流値を例えば最大値Ｉ_ｍａｘに設定してもよい。

図１１は、電動機付自転車１の走行速度が所定値Ｖ以下の場合にのみハンドル２１の舵角θに応じた回生電流の電流値制御を行う場合のフローチャートである。なお、図１１において、図８に示すフローチャートと同じ処理については同一の参照符号を付与し、重複する説明は省略する。

図１１に示すフローチャートは、図８に示すフローチャートに対してステップＳ１１およびステップＳ１２が追加されたものである。ステップＳ４における処理の終了後、ステップＳ１１において、演算処理装置１００は、電動機付自転車１の走行速度が所定値Ｖ以下であるか否かを判定する。電動機付自転車１の走行速度は、回転数センサ２１０から出力される回転数検出信号Ｓ_Ｖから取得することが可能である。

演算処理装置１００は、ステップＳ１１において、電動機付自転車１の走行速度が所定値Ｖ以下であると判定した場合には、処理をステップＳ５に移行する。その後、ハンドル２１の舵角θに応じた回生電流制御が行われる。一方、演算処理装置１００は、ステップＳ１１において、電動機付自転車１の走行速度が所定値Ｖ以下ではないと判定した場合には、処理をステップＳ１２に移行し、ステップＳ１２において回生電流の電流値Ｉを、ハンドル２１の舵角θにかかわらず最大値Ｉ_ｍａｘに設定する。演算処理装置１００は、その後処理をステップＳ７に移行する。

高速走行時においては、車両のバランスは比較的安定しているので、ハンドル２１の舵角θにかかわらず、回生電流を最大値Ｉ_ｍａｘに設定して回生制動による制動力を最大としても問題はない。回生電流を最大値Ｉ_ｍａｘに設定することで、バッテリ１１０の充電を効率的に行うことが可能である。

また、上記の実施形態では、モータによって前輪を駆動する前輪駆動タイプの電動機付自転車に本発明を適用する場合を例示したが、モータによって後輪を駆動する後輪駆動タイプの電動機付自転車に本発明を適用してもよい。

１ 電動機付自転車
２１ ハンドル
１００ 演算処理装置
１０１ 記憶部
１０２ 駆動指令値導出部
１０３ 最大値導出部
１０４ 係数導出部
１０５ 回生電流指令値導出部
１０６ 選択部
１１０ バッテリ
１２０ モータ駆動回路
１６０ モータ
１００ 演算処理装置
２００ トルクセンサ
２１０ 回転数センサ
２２０ ブレーキセンサ
２３０ 舵角センサ

Claims (9)

1. 車輪を駆動する駆動力を発生させるモータと、
   ハンドルの舵角を検出する検出手段と、
   前記モータから回生電流を回収する回生手段と、
   前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が所定値θ_ｉ以上である場合における前記回生電流の電流値が、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定値θ_ｉよりも小さい場合における前記回生電流の電流値よりも小さくなるように前記回生電流の電流値を制御する制御手段と、
   を含み、
   前記制御手段は、前記モータの回転数に応じて変化する前記回生電流の最大値Ｉ _ｍａｘ と、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角に対応した係数αとの積を、前記回生電流の電流値として導出する
   電動機付自転車。
2. 前記制御手段は、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定値θ_ｉを含む所定範囲にある場合に、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が大きくなるに従って、前記回生電流の電流値が連続的または段階的に小さくなるように前記回生電流の電流値を制御する
   請求項１に記載の電動機付自転車。
3. 車輪を駆動する駆動力を発生させるモータと、
   ハンドルの舵角を検出する検出手段と、
   前記モータから回生電流を回収する回生手段と、
   前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が所定値θ _ｉ 以上である場合における前記回生電流の電流値が、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定値θ _ｉ よりも小さい場合における前記回生電流の電流値よりも小さくなるように前記回生電流の電流値を制御する制御手段と、
   を含み、
   前記制御手段は、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定値θ _ｉ を含む所定範囲にある場合に、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が大きくなるに従って、前記回生電流の電流値が連続的または段階的に小さくなるように前記回生電流の電流値を制御し、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定範囲における最大値よりも大きい場合に、前記回生電流の電流値がゼロとなるように前記回生電流の電流値を制御する
   電動機付自転車。
4. 車輪を駆動する駆動力を発生させるモータと、
   ハンドルの舵角を検出する検出手段と、
   前記モータから回生電流を回収する回生手段と、
   前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が所定値θ _ｉ 以上である場合における前記回生電流の電流値が、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定値θ _ｉ よりも小さい場合における前記回生電流の電流値よりも小さくなるように前記回生電流の電流値を制御する制御手段と、
   を含み
   前記制御手段は、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定値θ _ｉ を含む所定範囲にある場合に、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が大きくなるに従って、前記回生電流の電流値が連続的または段階的に小さくなるように前記回生電流の電流値を制御し、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定範囲における最小値よりも小さい場合に、前記回生電流の電流値が最大となるように前記回生電流の電流値を制御する
   電動機付自転車。
5. 車輪を駆動する駆動力を発生させるモータと、
   ハンドルの舵角を検出する検出手段と、
   前記モータから回生電流を回収する回生手段と、
   前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が所定値θ _ｉ 以上である場合における前記回生電流の電流値が、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定値θ _ｉ よりも小さい場合における前記回生電流の電流値よりも小さくなるように前記回生電流の電流値を制御する制御手段と、
   を含み、
   前記制御手段は、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が所定範囲にある場合に、前記回生電流の電流値がゼロよりも大きい値となるように前記回生電流の電流値を制御し、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定値θ_ｉに一致する前記所定範囲における最大値よりも大きい場合に、前記回生電流の電流値がゼロとなるように前記回生電流の電流値を制御する
   電動機付自転車。
6. 前記制御手段は、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が所定範囲にある場合に、前記回生電流の電流値がゼロよりも大きい値となるように前記回生電流の電流値を制御し、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定値θ_ｉに一致する前記所定範囲における最大値よりも大きい場合に、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が大きくなるに従って前記回生電流の電流値が小さくなるように前記回生電流の電流値を制御する
   請求項１に記載の電動機付自転車。
7. 前記制御手段は、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が所定範囲にある場合に、前記回生電流の電流値が最大値よりも小さい値となるように前記回生電流の電流値を制御し、前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角が前記所定値θ_ｉに一致する前記所定範囲における最小値よりも小さい場合に、前記回生電流の電流値が最大となるように前記回生電流の電流値を制御する
   請求項１、請求項５および請求項６のいずれか１項に記載の電動機付自転車。
8. 前記制御手段は、車両の走行速度が所定値Ｖ以下である場合に前記検出手段によって検出されたハンドルの舵角に応じた前記回生電流の電流値の制御を行う
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電動機付自転車。
9. 前記モータは前輪を駆動する
   請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電動機付自転車。

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